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EP3194116A2 - Walzeinheit zum festwalzen der radlaufflächen von schienenfahrzeugen - Google Patents

Walzeinheit zum festwalzen der radlaufflächen von schienenfahrzeugen

Info

Publication number
EP3194116A2
EP3194116A2 EP15808089.5A EP15808089A EP3194116A2 EP 3194116 A2 EP3194116 A2 EP 3194116A2 EP 15808089 A EP15808089 A EP 15808089A EP 3194116 A2 EP3194116 A2 EP 3194116A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling
roller
deep
wheel
unit according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15808089.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jandrey MALDANER
Alexander Rudi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Original Assignee
Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG filed Critical Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Publication of EP3194116A2 publication Critical patent/EP3194116A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/04—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution
    • B24B39/045—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution the working tool being composed of a plurality of working rolls or balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/04—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/06—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/003—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor the working tool being composed of a plurality of working rolls or balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36—Single-purpose machines or devices
    • B24B5/46—Single-purpose machines or devices for grinding railway car wheels

Definitions

  • Rolling unit for deep rolling the wheel treads of rail vehicles
  • the invention relates to a rolling unit for machining the wheel treads of wheelsets for rail vehicles, wherein the roller unit has at least one deep rolling with which the wheel tread to be machined after manufacture of the wheel set in the new condition or at a later time after reprofiling to increase the life of the wheel treads Deep-rolling is subjected.
  • Rail vehicles are usually equipped with wheelsets, with which a constant contact between the vehicle and track body and thus safe support and guidance of the respective rail vehicle is guaranteed.
  • the wheelsets are directly stressed by this rolling contact and are safety-relevant for a controlled vehicle movement.
  • the geometry of the wheel tread determines the running of the vehicles. In the maintenance of rail vehicles, the wheelset is therefore of particular importance.
  • the high demands on reliability and quality require regular monitoring and assessment of the current state of the component and the available stock of wear.
  • the wheel-rail system is subject during driving by the permanent sliding and rolling movements different wear mechanisms.
  • the consequent deformation of the Radlauf vomprofils is in addition to an acoustic source of interference for passengers and the environment also a risk of material failure for the wheelset and the surrounding components, such as wheel bearings and chassis. This problem should be largely avoided by the so-called reprofiling the Radlauf vomprofils.
  • contours are realized that take into account the natural wear between the wheel and rail. Ideally, the contours should not or only slightly change during operation of the rail vehicles.
  • the resulting wear due to material removal on the wheel and rail depends primarily on the friction power in the contact zone and the material combination. Basically, a distinction is made between tread and wheel flange wear. By combining these two wear profiles results in a possible wear profile, which is to reprofile.
  • Such re-profiling can be carried out with wheel set processing machines, which are known in various variants, for example, as underfloor or above-floor design as well as in flatbed and gantry design. With the wheel set processing machines, the wheel treads are machined using machining methods, preferably by turning, so that these machines are also referred to as wheelset lathes.
  • the deep rolling of the surface is a mechanical minimally invasive deformation of the component edge layer.
  • suitable rolling elements are defined defined under contact pressure over the surface of the finished component.
  • the direct component contact area becomes plastic and the adjacent contact area is elastically deformed.
  • small notches are leveled or the material is solidified in the plastically deformed volume.
  • DE 808 197 describes a roller for deep rolling of stub axles on railway wheel sets.
  • the working surface of this deep rolling roller consists of a cylindrical base body.
  • the axis of the deep rolling roller runs obliquely to the axis of the steering knuckle and generates on the surface to be machined an elongated teardrop-shaped impression. Consequently, residual stresses are introduced into the surface of the steering knuckle in the region of the impression by the deep rolling, whereby the occurrence of new cracks should be avoided or existing cracks should be brought to a standstill.
  • an increase in the service life of a wheel set is achieved by the deep rolling.
  • DE 843 822 Another approach to deep rolling cylindrical shafts is known from DE 843 822.
  • This device has one or more fixed rollers.
  • each deep rolling roller is mounted in a pivotable carrier whose pivot axis is perpendicular to the feed movement of the deep rolling roller and approximately perpendicular to the wheelset shaft.
  • the object of the invention is to provide a rolling unit can be rolled with the wheel treads using fixed rollers in the feed process.
  • the roller unit has a base body on which a support arm is arranged perpendicular to the base on which a receptacle is supported, which is fixed in position by a thread in the support arm and on which an angular contact ball bearing is arranged, on which a deep rolling is supported, which has at least two different rolling radii.
  • a modified embodiment provides that the rolling unit has a base body on which a first support arm and a second support arm are supported, each perpendicular to the base of the body and parallel to each other, wherein on the support arms a receiving pin is supported, the two-sided and over at least one thread in the support arms is fixed in position and on which an axial-radial bearing is arranged, on which a deep-rolling roller is supported, which has two equal or different rolling radii,
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the rolling unit in a perspective view
  • Fig. 3 shows a detail of a deep rolling roller with representation of different radii
  • Fig. 4 shows a second embodiment of the rolling unit in a perspective view
  • Fig. 6 shows the rolling course along the wheel tread and flange radius
  • the rolling unit shown in Fig. 1 and Fig. 2 consists of a base body 1, on which a support arm 2 is arranged perpendicular thereto.
  • the main body 1 and the support arm 2 act functionally as a holding device, on which a deep rolling roller 3 is supported.
  • the cylindrical deep rolling roller 3 has at least two different rolling radii R1 and R2, which can be seen in particular from FIG. Alternatively, other rolling radii R3 ... R n can be provided.
  • the rolling radii R1 ... R n together form a teardrop shaped roll surface in order to produce optimal surface pressures on the wheel tread during the deep rolling.
  • the rolling radii are adapted to the wheel tread geometry to be rolled.
  • the rolling radii in the front region R1 are between 1 mm and 12 mm and in the rear region R2 between 1 mm and 500 mm.
  • the deep rolling roller 3 may be made of hardened steel or carbide and has a roll diameter between 20 mm and 200 mm.
  • This bearing is preferably realized with a rolling bearing, because rolling bearings are very adaptable in terms of their application by various forms. Rolling bearings are loadable, they endure high speeds and are also partially maintenance-free, provided, for example, with lifetime lubrication and lip seal are equipped.
  • a double-row angular contact ball bearing 4 is preferably used as the rolling bearing. Such an angular contact ball bearing 4 allows a good compromise in terms of space and load capacity.
  • an embodiment with a lifetime lubrication and with both sides attached sealing lips is proposed.
  • other variants are possible, such as deep groove ball bearings, cylindrical roller bearings or combined axial-radial bearings.
  • a support 5 supported on the support arm 2 is intended to guide the loads during the deep rolling of the deep rolling roller 3 via the angular contact ball bearing 4 into the holding device. Due to the design of the angular contact ball bearing 4, this recording is performed cylindrically.
  • the receptacle 5 is fixed on one side via a thread in the support arm 2 of the holding device. For a particularly precise positional fixing an annular flange is formed on the receptacle 5, which is effective as a threaded stop and simultaneously secures the recording 5 with the support arm 2 of the holding device against rotation via a dowel pin 6.
  • the bearing assembly has in addition to the clamping pin 6 other components, such as circlip or nut, which are not provided with reference numerals.
  • the consisting of support arm 2 and body 1 holding device forms functionally considered a coupling unit between the deep rolling roller 3 and processing machine.
  • the holding device can be used instead of the rotary cutting head available for turning machining or adaptively coupled with the processing machine next to the rotary cutting head.
  • the feed travel paths of the rotary cutting head of the processing machine make it possible to descend the wheel tread pattern with the deep rolling roller 3 of the rolling unit.
  • the wheel profile can be rolled over the tread to the flange tip, so that the construction for related operations is very well suited.
  • roller geometry has a periphery adapted in such a way that hereby the entire wheel profile - running surface, wheel flange radius and wheel flange surface - can be processed in only one step.
  • This rolling unit likewise consists of a base body 1, on which a first supporting arm 2 arranged perpendicular thereto is arranged. Furthermore, here a second support arm 7 is provided, which is also supported on the base body 1 and parallel to the first support arm 2.
  • the main body 1 and the two support arms 2 and 7 functionally act as a holding device on which a deep rolling roller 3 is supported.
  • the rolling radii R1 and R2 of the cylindrical deep rolling roller 3 may be the same, but they may be different. These rolling radii R1 and R2 are adapted to the Radlauf vomgeometrie to be rolled and here are between 3 mm and 30 mm.
  • the deep rolling roller 3 may be made of hardened steel or carbide and has a roll diameter between 20 mm and 200 mm.
  • a combined axial / radial bearing 8-9 is preferably used in this variant.
  • other variants are possible, such as deep groove ball bearings, cylindrical roller bearings or plain bearings.
  • a supported on the support arms 2 and 7 receiving bolt 5 is intended to direct the loads during deep rolling of the deep rolling roller 3 via the axial-radial bearings 8-9 in the holding device. Due to the design of the bearing, this recording is performed cylindrically.
  • the receiving bolt 5 is fixed on both sides via a thread in the holding device. There are two flanges provided to accommodate the axial components of the axial-radial bearing 8-9 and dissipate axial forces in the fixture.
  • base body 1 and support arms 2 and 7 holding device is functionally considered the coupling unit between the deep rolling roller 3 and processing machine.
  • This fixture should be replaced instead of existing for turning rotary cutting head or adaptively coupled next to the rotary cutting head with the processing machine for the wheel treads.
  • Fig. 6 shows an example of the rolling course along the entire profile in six positions a) to f).
  • the feed direction of the deep rolling roller 3 runs from right to left.
  • roller unit described is suitable in both embodiments both for underfloor and for above-floor wheelset lathes in flatbed and gantry design. Likewise, with the roller unit a processing of railway wheels in all conventional lathes possible. Furthermore, this rolling unit can also be forged for machining Monoblock wheels are used in the field of wheel production by vertical wheel machining centers. Thus, the rolling unit according to the invention can be used in deep rolling the wheel treads of various types of rail vehicles, from high-speed train to local train in the railway sector and for lighter vehicles such as trams and metros.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Tyre Moulding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walzeinheit zur Bearbeitung der Radlaufflächen von Radsätzen für Schienenfahrzeuge, wobei die Walzeinheit mindestens eine Festwalzrolle aufweist, mit der die zu bearbeitende Radlauffläche nach der Herstellung des Radsatzes im Neuzustand oder zu einem späteren Zeitpunkt nach einer Reprofilierung zur Erhöhung der Lebensdauer der Radlaufflächen einer Festwalzbearbeitung unterzogen wird. Es wird die Aufgabe gelöst, eine diesbezügliche Walzeinheit zu schaffen, mit der Radlaufflächen unter Anwendung von Festwalzrollen im Vorschubverfahren gewalzt werden können. Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Walzeinheit einen Grundkörper (1) aufweist, auf dem senkrecht zur Grundfläche ein Tragarm (2) angeordnet ist, an dem eine Aufnahme (5) abgestützt ist, die einseitig über ein Gewinde im Tragarm (2) lagefixiert ist und auf der ein Schrägkugellager (4) angeordnet ist, auf dem eine Festwalzrolle (3) abgestützt ist, die mindestens zwei verschiedene Walzradien (R1; R2) aufweist.

Description

Walzeinheit zum Festwalzen der Radlaufflächen von Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Walzeinheit zur Bearbeitung der Radlaufflächen von Radsätzen für Schienenfahrzeuge, wobei die Walzeinheit mindestens eine Festwalzrolle aufweist, mit der die zu bearbeitende Radlauffläche nach der Herstellung des Radsatzes im Neuzustand oder zu einem späteren Zeitpunkt nach einer Reprofilierung zur Erhöhung der Lebensdauer der Radlaufflächen einer Festwalzbearbeitung unterzogen wird.
Schienenfahrzeuge sind üblicherweise mit Radsätzen ausgestattet, mit denen ein ständiger Kontakt zwischen Fahrzeug und Gleiskörper und somit eine sichere Abstützung und Führung des jeweiligen Schienenfahrzeuges gewährleistet wird. Die Radsätze werden durch diesen Rollkontakt unmittelbar beansprucht und sind für eine kontrollierte Fahrzeugbewegung sicherheitsrelevant. Im Zusammenwirken mit der Schiene bestimmt die Geometrie der Radlauffläche den Lauf der Fahrzeuge. In der Instandhaltung von Schienenfahrzeugen kommt dem Radsatz daher eine besondere Bedeutung zu. Die hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Qualität erfordern eine regelmäßige Kontrolle und Beurteilung des aktuellen Bauteilzustandes und des verfügbaren Verschleißvorrates.
Das Rad-Schiene-System unterliegt im Fahrbetrieb durch die permanenten Gleit- und Rollbewegungen verschiedenen Verschleißmechanismen. Die daraus folgende Deformation des Radlaufflächenprofils stellt neben einer akustischen Störquelle für die Fahrgäste und Umgebung auch eine Gefahr des Materialversagens für den Radsatz und die umliegenden Bauteile, wie beispielswiese Radlager und Fahrwerk dar. Dieses Problem soll durch das sogenannte Reprofilieren des Radlaufflächenprofils weitgehend vermieden werden.
Bei der Gestaltung des Profils der Radlaufflächen wird eine sichere, fahrkomfortable und verschleißarme Führung angestrebt. Deshalb werden Konturen realisiert, die den natürlichen Verschleiß zwischen Rad und Schiene berücksichtigen. Im Idealfall sollen sich die Konturen während des Betriebes der Schienenfahrzeuge nicht oder nur geringfügig verändern.
Der entstehende Verschleiß durch den Werkstoffabtrag an Rad und Schiene ist primär von der Reibleistung in der Kontaktzone und von der Werkstoffpaarung abhängig. Grundsätzlich wird dabei zwischen einem Laufflächen- und Spurkranzverschleiß unterschieden. Durch Zusammenlegung dieser beiden Verschleißprofile ergibt sich ein mögliches Verschleißprofil, welches zu reprofilieren ist. Eine derartige Reprofilierung kann mit Radsatzbearbeitungsmaschinen durchgeführt werden, die in verschiedenartigen Varianten bekannt sind, zum Beispiel als Unterflur- oder Überflur- Ausführung sowie in Flachbett- und Portalbauweise. Mit den Radsatzbearbeitungsmaschinen werden die Radlaufflächen unter Anwendung von spanabhebenden Verfahren, vorzugsweise mittels Drehen bearbeitet, so dass diese Maschinen auch als Radsatzdrehmaschinen bezeichnet werden.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass durch Einbringen von Druckeigenspannungen in die Oberflächen rotationssymmetrischer Körper das Verschleißverhalten verbessert werden kann, wurde bereits vorgeschlagen, ausgewählte Abschnitte von Radsätzen unmittelbar nach der Radherstellung im Neuzustand oder später nach einer erfolgreichen Reprofilierung einer zusätzlichen Festwalzbearbeitung zu unterziehen. Somit kann eine Erhöhung der weiteren Lebensdauer der Radlaufflächen durch das Festwalzen erreicht werden.
Das Festwalzen der Oberfläche ist ein mechanisches minimalinvasives Umformen der Bauteilrandschicht. Dabei werden geeignete Walzkörper unter Anpressdruck definiert über die Oberfläche des fertigen Bauteils geführt. Der direkte Bauteil-Kontaktbereich wird plastisch und der angrenzende Kontaktbereich wird elastisch verformt. In Abhängigkeit der jeweils konkreten Kontaktverhältnisse wird lediglich die Oberfläche geglättet, wobei kleine Kerben eingeebnet werden oder der Werkstoff im plastisch verformten Volumen verfestigt wird.
Bei Anwendung des Festwalzens für Radsätze wird somit durch die Kaltverfestigung der Radlaufflächen eine Glättung beziehungsweise Reduzierung der Oberflächenrauheit, eine Aufhärtung der Randschicht und eine Einbringung von Druckeigenspannungen in die Randzone erreicht. Durch die Umformung können in der Werkstückrandschicht vorhandene schädliche Eigenspannungen aus der spanenden Vorbearbeitung abgebaut werden. Im Zusammenwirken von elastischen und plastischen Verformungen wird ein festigkeitsmäßig vorteilhafter Eigenspannungszustand neu aufgeprägt. In der äußeren Randschicht sind nach dem Festwalzen Druckeigenspannungen vorhanden, die eine Verminderung des Verschleißes der Radlaufflächen beziehungsweise eine Steigerung der Laufleistung der Schienenfahrzeugräder bewirken. Dadurch werden sowohl das Auftreten eventueller Risse als auch deren Fortschreiten erheblich eingeschränkt. Diese ausschließlich mechanische Oberflächenbehandlung durch Festwalzen ist ein sehr effektives, umweltfreundliches und ressourcenschonendes Verfahren. In DE 808 197 wird eine Rolle zum Festwalzen von Achsschenkeln an Eisenbahnradsätzen beschrieben. Die Arbeitsfläche dieser Festwalzrolle besteht aus einem zylinderförmigen Grundkörper. Beim Festwalzen verläuft die Achse der Festwalzrolle schräg zur Achse des Achsschenkels und erzeugt auf der zu bearbeitenden Oberfläche einen lang gestreckten tropfenförmigen Abdruck. Demzufolge werden im Bereich des Abdrucks durch das Festwalzen Eigenspannungen in die Oberfläche der Achsschenkel eingebracht, wodurch das Auftreten neuer Risse vermieden oder bereits vorhandene Risse zum Stillstand gebracht werden sollen. Im Ergebnis wird durch das Festwalzen eine Erhöhung der Lebensdauer eines Radsatzes erreicht.
Ein weiterer Lösungsansatz zum Festwalzen zylindrischer Wellen ist aus DE 843 822 bekannt. Diese Vorrichtung weist eine oder mehrere Festwalzrollen auf. Dabei ist jede Festwalzrolle in einem schwenkbaren Träger gelagert, dessen Schwenkachse senkrecht zur Zustellbewegung der Festwalzrolle und annähernd senkrecht zur Radsatzwelle verläuft.
Mit der Vorrichtung zum Festwalzen von Verschleißflächen am Profil vorgedrehter Radsätze gemäß DE 1 278 274 können unterschiedliche Relativpositionen zwischen der Festwalzrolle, deren Vorschubrichtung und der Radsatzdrehachse eingestellt werden.
Obwohl aus den oben benannten sowie weiteren Fundstellen zum Stand der Technik bereits verschiedene Varianten zum Festwalzen ausgewählter Abschnitte von Radsatzwellen bekannt sind, besteht weiterhin Entwicklungsbedarf. Dieser ergibt sich insbesondere aus dem Aspekt, dass Radlaufflächen im Vorschubverfahren gewalzt werden, das bezüglich der Bauteilgeometrie und der Vorschubkomponente sehr spezifische Anforderungen an die Festwalzrollen ergibt, die mit den bisher bekannten Ausgestaltungen nicht oder nur bedingt zu erfüllen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Walzeinheit zu schaffen, mit der Radlaufflächen unter Anwendung von Festwalzrollen im Vorschubverfahren gewalzt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Walzeinheit einen Grundkörper aufweist, auf dem senkrecht zur Grundfläche ein Tragarm angeordnet ist, an dem eine Aufnahme abgestützt ist, die einseitig über ein Gewinde im Tragarm lagefixiert ist und auf der ein Schrägkugellager angeordnet ist, auf dem eine Festwalzrolle abgestützt ist, die mindestens zwei verschiedene Walzradien aufweist. Eine modifizierte Ausführung sieht vor, dass die Walzeinheit einen Grundkörper aufweist, auf dem ein erster Tragarm und ein zweiter Tragarm abgestützt sind, die jeweils senkrecht zur Grundfläche des Grundkörpers und parallel zueinander verlaufen, wobei an den Tragarmen ein Aufnahmebolzen abgestützt ist, der zweiseitig und über mindestens ein Gewinde in den Tragarmen lagefixiert ist und auf dem ein Axial-Radiallager angeordnet ist, auf dem eine Festwalzrolle abgestützt ist, die zwei gleiche oder unterschiedliche Walzradien aufweist,
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale im folgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführung der Walzeinheit in perspektivischer Ansicht
Fig. 2 die Walzeinheit gemäß Fig. 1 in Schnittdarstellung
Fig. 3 ein Detail einer Festwalzrolle mit Darstellung verschiedener Radien
Fig. 4 eine zweite Ausführung der Walzeinheit in perspektivischer Ansicht
Fig. 5 die Walzeinheit gemäß Fig. 4 in Schnittdarstellung
Fig. 6 den Walzverlauf entlang von Radlauffläche und Spurkranzradius
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Walzeinheit besteht aus einem Grundkörper 1 , auf dem hierzu senkrecht ein Tragarm 2 angeordnet ist. Der Grundkörper 1 und der Tragarm 2 wirken funktionell als eine Haltevorrichtung, an der eine Festwalzrolle 3 abgestützt ist.
Die zylindrische Festwalzrolle 3 weist mindestens zwei verschiedene Walzradien R1 und R2 auf, die insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich sind. Alternativ können auch weitere Walzradien R3 ... Rn vorgesehen werden. Dabei bilden die Walzradien R1 ... Rn gemeinsam eine tropfenförmige Walzfläche aus, um optimale Flächenpressungen auf der Radlauffläche während des Festwalzens erzeugen zu können. Die Walzradien werden an die zu walzende Radlaufflächengeometrie angepasst. So betragen die Walzradien bei der dargestellten zweiteiligen Ausführung im vorderen Bereich R1 zwischen 1 mm und 12 mm und im hinteren Bereich R2 zwischen 1 mm und 500 mm. Die Festwalzrolle 3 kann aus gehärtetem Stahl oder auch aus Hartmetall bestehen und weist einen Rollendurchmesser zwischen 20 mm und 200 mm auf.
Um eine funktionsgerechte Drehbewegung der Festwalzrolle 3 zu gewährleisten, ist eine Lagerung notwendig. Diese Lagerung wird vorzugsweise mit einem Wälzlager realisiert, weil Wälzlager durch verschiedene Formen sehr anpassungsfähig hinsichtlich ihrer Anwendung sind. Wälzlager sind belastungsfähig, sie ertragen hohe Drehzahlen und sind teilweise auch wartungsfrei, sofern sie beispielsweise mit Lebensdauerschmierung und Lippendichtung ausgestattet sind. Im vorgeschlagenen Anwendungsfall wird als Wälzlager vorzugsweise ein zweireihiges Schrägkugellager 4 eingesetzt. Ein solches Schrägkugellager 4 ermöglicht einen guten Kompromiss bezüglich Bauraum und Belastbarkeit. Um die Lebensdauer des eingesetzten Schrägkugellagers 4 weiter zu erhöhen und den Wartungsaufwand zu minimieren, wird eine Ausführung mit einer Lebensdauerschmierung und mit beidseitig angebrachten Dichtlippen vorgeschlagen. Alternativ sind andere Varianten möglich, beispielsweise Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder kombinierte Axial-Radiallager.
Eine am Tragarm 2 abgestützte Aufnahme 5 soll die Belastungen während des Festwalzens von der Festwalzrolle 3 über das Schrägkugellager 4 in die Haltevorrichtung leiten. Bedingt durch die Bauart des Schrägkugellagers 4 wird diese Aufnahme zylindrisch ausgeführt. Die Aufnahme 5 wird einseitig über ein Gewinde im Tragarm 2 der Haltevorrichtung fixiert. Für eine besonders exakte Lagefixierung ist an der Aufnahme 5 ein ringförmiger Flansch ausgestaltet, der als Gewindeanschlag wirksam wird und gleichzeitig über einen Spannstift 6 die Aufnahme 5 mit dem Tragarm 2 der Haltevorrichtung gegen Verdrehen sichert. Die Lageranordnung weist neben dem Spannstift 6 weitere Bauteile auf, wie beispielsweise Sicherungsring oder Nutmutter, die jedoch nicht mit Bezugszeichen versehen sind.
Die aus Tragarm 2 und Grundkörper 1 bestehende Haltevorrichtung bildet funktionell betrachtet eine Kopplungseinheit zwischen Festwalzrolle 3 und Bearbeitungsmaschine. Die Haltevorrichtung kann anstelle des zur Drehbearbeitung vorhandenen Drehschneidkopfes eingesetzt oder adaptiv neben dem Drehschneidkopf mit der Bearbeitungsmaschine gekoppelt werden. Dabei ermöglichen die Vorschub-Verfahrwege des Drehschneidkopfes der Bearbeitungsmaschine das Abfahren des Radlaufflächenprofils mit der Festwalzrolle 3 der Walzeinheit. Somit kann das Radprofil über die Lauffläche bis zur Spurkranzkuppe festgewalzt werden, so dass die Konstruktion für diesbezügliche Bearbeitungen sehr gut geeignet ist.
Sofern jedoch das gesamte Radprofil, also die Lauffläche bis zur inneren Spurkranzfläche gewalzt werden soll, muss diese Walzeinheit nach Bearbeitung des ersten Bereichs in der Maschine um 180° gedreht werden. Deshalb wird eine weitere Ausgestaltung vorgeschlagen, bei der die Rollengeometrie eine derart angepasste Peripherie aufweist, dass hiermit das gesamte Radprofil - Lauffläche, Spurkranzradius und Spurkranzfläche - in lediglich einem Schritt bearbeitet werden kann.
Der grundsätzliche Aufbau einer entsprechend modifizierten Walzeinheit ist aus Fig. 4 und Fig. 5 ersichtlich. Diese Walzeinheit besteht ebenfalls aus einem Grundkörper 1 , auf dem ein hierzu senkrecht angeordneter erster Tragarm 2 angeordnet ist. Weiterhin ist hier ein zweiter Tragarm 7 vorgesehen, der ebenfalls auf dem Grundkörper 1 abgestützt ist und parallel zum ersten Tragarm 2 verläuft. Der Grundkörper 1 sowie die beiden Tragarme 2 und 7 wirken funktionell als eine Haltevorrichtung, an der eine Festwalzrolle 3 abgestützt ist.
Die Walzradien R1 und R2 der zylindrischen Festwalzrolle 3 können gleich sein, sie können jedoch auch unterschiedlich sein. Diese Walzradien R1 und R2 werden an die zu walzende Radlaufflächengeometrie angepasst und betragen hier zwischen 3 mm und 30 mm. Die Festwalzrolle 3 kann aus gehärtetem Stahl oder auch aus Hartmetall bestehen und weist einen Rollendurchmesser zwischen 20 mm und 200 mm auf.
Für die funktionsgerechte Drehbewegung der Festwalzrolle 3 wird bei dieser Variante vorzugsweise ein kombiniertes Axial-Radiallager 8-9 eingesetzt. Alternativ sind andere Varianten möglich, beispielsweise Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder Gleitlager.
Ein an den Tragarmen 2 und 7 abgestützter Aufnahmebolzen 5 soll die Belastungen beim Festwalzen von der Festwalzrolle 3 über das Axial-Radiallager 8-9 in die Haltevorrichtung leiten. Bedingt durch die Bauart des Lagers wird diese Aufnahme zylindrisch ausgeführt. Dabei wird der Aufnahmebolzen 5 zweiseitig über ein Gewinde in der Haltevorrichtung fixiert. Es sind zwei Flansche vorgesehen, um die Axialkomponenten des Axial-Radiallagers 8-9 aufzunehmen und axiale Kräfte in die Haltevorrichtung abzuführen.
Die aus Grundkörper 1 und Tragarmen 2 und 7 bestehende Haltevorrichtung ist funktionell betrachtet die Kopplungseinheit zwischen Festwalzrolle 3 und Bearbeitungsmaschine. Diese Haltevorrichtung soll anstelle des zur Drehbearbeitung vorhandenen Drehschneidkopfes ausgewechselt oder adaptiv neben dem Drehschneidkopf mit der Bearbeitungsmaschine für die Radlaufflächen gekoppelt werden.
Fig. 6 zeigt beispielhaft den Walzverlauf entlang des gesamten Profils in sechs Positionen a) bis f). Hierbei verläuft die Vorschubrichtung der Festwalzrolle 3 von rechts nach links.
Die beschriebene Walzeinheit ist in beiden Ausgestaltungen sowohl für Unterflur- als auch für Überflur-Radsatzdrehmaschinen in Flachbett- und Portalbauweise geeignet. Ebenso ist mit der Walzeinheit eine Bearbeitung von Eisenbahnrädern in allen üblichen Drehmaschinen möglich. Weiterhin kann diese Walzeinheit auch zur Bearbeitung von geschmiedeten Monoblockrädern im Bereich der Räderherstellung durch Vertikalradbearbeitungszentren eingesetzt werden. Somit kann die erfindungsgemäße Walzeinheit beim Festwalzen der Radlaufflächen verschiedenartiger Typen von Schienenfahrzeugen benutzt werden, vom Hochgeschwindigkeitszug bis zum Nahverkehrszug im Eisenbahnbereich und für leichtere Fahrzeuge wie Straßenbahnen und Metros.
Bezugszeichenliste
1 Grundkörper der Haltevorrichtung
2 erster Tragarm der Haltevorrichtung
3 Festwalzrolle
4 zweireihiges Schrägkugellager
5 Aufnahme / Aufnahmebolzen
6 Spannstift
7 zweiter Tragarm der Haltevorrichtung
8-9 kombiniertes Axial-Radiallager
R1 Radius an Festwalzrolle
R2 Radius an Festwalzrolle

Claims

Patentansprüche
1. Walzeinheit zur Bearbeitung der Radlaufflächen von Radsätzen für Schienenfahrzeuge, wobei die Walzeinheit mindestens eine Festwalzrolle aufweist, mit der die zu bearbeitende Radlauffläche nach der Herstellung des Radsatzes im Neuzustand oder zu einem späteren Zeitpunkt nach einer Reprofilierung zur Erhöhung der Lebensdauer der Radlaufflächen einer Festwalzbearbeitung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Walzeinheit einen Grundkörper (1 ) aufweist, auf dem senkrecht zur Grundfläche ein Tragarm (2) angeordnet ist, an dem eine Aufnahme (5) abgestützt ist, die einseitig über ein Gewinde im Tragarm (2) lagefixiert ist und auf der ein Schrägkugellager (4) angeordnet ist, auf dem eine Festwalzrolle (3) abgestützt ist, die mindestens zwei verschiedene Walzradien (R1 ; R2) aufweist.
2. Walzeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass der Walzradius im vorderen Bereich (R1 ) der Festwalzrolle (3) zwischen 1 und 12 mm und der Walzradius im hinteren Bereich (R2) der Festwalzrolle (3) zwischen 1 und 500 mm beträgt.
3. Walzeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass das Schrägkugellager (4) zweireihig ausgestaltet ist und eine Lebensdauerschmierung sowie beidseitig angebrachte Dichtlippen aufweist.
4. Walzeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (5) einen ringförmigen Flansch aufweist, der als ein Gewindeanschlag und in Wirkverbindung mit einem Spannstift (6) als eine Verdrehsicherung ausgestaltet ist.
5. Walzeinheit zur Bearbeitung der Radlaufflächen von Radsätzen für Schienenfahrzeuge, wobei die Walzeinheit mindestens eine Festwalzrolle aufweist, mit der die zu bearbeitende Radlauffläche nach der Herstellung des Radsatzes im Neuzustand oder zu einem späteren Zeitpunkt nach einer Reprofilierung zur Erhöhung der Lebensdauer der Radlaufflächen einer Festwalzbearbeitung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Walzeinheit einen Grundkörper (1 ) aufweist, auf dem ein erster Tragarm (2) und ein zweiter Tragarm (7) abgestützt sind, die jeweils senkrecht zur Grundfläche des Grundkörpers (1 ) und parallel zueinander verlaufen, wobei an den Tragarmen (2; 7) ein Aufnahmebolzen (5) abgestützt ist, der zweiseitig und über mindestens ein Gewinde in den Tragarmen (2; 7) lagefixiert ist und auf dem ein Axial-Radiallager (8-9) angeordnet ist, auf dem eine Festwalzrolle (3) abgestützt ist, die zwei gleiche oder unterschiedliche Walzradien (R1 ; R2) aufweist,
6. Walzeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Walzradien (R1 ; R2) zwischen 3 mm und 30 mm betragen.
7. Walzeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnahmebolzen (5) zwei ringförmige Flansche aufweist, die zur Aufnahme der Axialkomponenten des Axial-Radiallagers (8-9) ausgestaltet sind.
8. Walzeinheit nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Festwalzrolle (3) aus gehärtetem Stahl oder aus Hartmetall besteht.
9. Walzeinheit nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Festwalzrolle (3) einen Rollendurchmesser zwischen 20 mm und 200 mm aufweist.
10. Walzeinheit nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lager alternativ als Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder Gleitlager ausgestaltet sind.
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